Kompozit malzemelerde termal Ģekil değiĢtirme ile ilgili ilk çalıĢmalar enerji prensiplerine bağlı olarak ortaya konulmuĢtur. 1970‟lerde fiber takviyeli kompozitlerde termal uzama katsayılarının belirlenmiĢtir. Fiber takviyeli malzemelerde termal uzama katsayılarının belirlenmesiyle termal Ģekil değiĢtirmeyle ilgili çalıĢmalar hız kazanmıĢtır.1980‟lerde Reddy ve arkadaĢları lamina kompozit plaklarda düĢey yöndeki Ģekil değiĢtirmeleri ve gerilmeleri ortaya koymuĢtur. 80‟lerin ortalarından itibaren temel termal özellikleri belirlenmiĢ olan kompozit malzemelerin termal yük ve mekanik yük etkisi altında yüksek deformasyon etkilerini hasar teorileri ile kombine eden çalıĢmalar baĢlamıĢtır. Lamina kompozit plakalarda mekanik yükler altında laminalar arası gerilmelerle iliĢkili çalıĢmalar 1970‟lerde Pagano‟nun çalıĢmalarına dayanmaktadır.70‟lerin sonlarında Pagano lamina kompozitlerde enine yöndeki gerilme alanını birinci mertebe teorisine bağlı olarak oluĢturmuĢtur. Bu çalıĢmalar lamina kompozitlerde laminalar arasındaki süreklilik iliĢkilerini ve enine yöndeki deformasyon davranıĢına ıĢık tutmuĢtur. Kompozit malzemelerde burkulma ve Ģekil değiĢtirme davranıĢını etkileyen faktörlerden biri artık gerilmelerdir. Lamina kompozitlerde laminalar arasında , fiber takviyeli kalın lamina kompozitlerde fiber matris arasında termomekanik yükler altında artık gerilmeler oluĢmaktadır. Artık gerilmelerin hesap edilmesi tekstil kompozitlerinde hasar durumunun belirlenmesi için önemlidir. Bu konuda literatürde bir çok çalıĢma yapılmıĢtır. Kompozit malzemelerde artık gerilmelerle ilgili çalıĢmalar makro ölçüde klasik plak teorisine bağlı olarak lamina bazlı çalıĢmalardır. Daha sonraki yıllarda mikro ve mesomekanik bazlı çalıĢmaların artmasıyla kompozit malzemelerin hacim elemanları Ģeklinde birim hücre modelleri kullanılarak, sonlu elemanlar yöntemiyle artık gerilmelerin hesaplanması yoluna gidilmiĢtir. Artık gerilmelerden yola çıkarak kompozit malzemelerde fiber matris ara yüzeylerinde hasar modları ortaya konulmuĢtur.
Ġnce cidarlı yapıların burkulmasıyla ilgili çalıĢmalar Euler 1744‟e kadar dayanmaktadır . Plaklarda termal burkulma ile ilgili çalıĢmalar Gossard ve arkadaĢları tarafından 1950‟lerde baĢlamıĢtır. Ashton 70‟lerde bazı açılı katmanlı kompozit laminalarda higrotermal etkiler altında burkulma gözlemiĢtir 1980‟lerin baĢlarında J.N Reddy ve arkadaĢları lamina kompozit kabuk yapıların termoelastik davranıĢını ortaya koymuĢlardır. Kompozit plaklarda termal burkulma çalıĢmaları 90‟larda artmıĢtır, yapılan çalıĢmalar genellikle yüksek deformasyon teorilerini kullanarak enine yöndeki kayma Ģekil değiĢtirme etkilerinin kritik burkulma parameteresi ve burkulma mod Ģekline etkilerini içermektedir. 2000li yıllardan itibaren termal burkulma çalıĢmaları ağırlıklı olarak farklı tip kompozit malzemeler üzerinde yoğunlaĢmıĢtır. Bazı çalıĢmalarda kompozit ve sandviç plakalarda malzeme özelliklerinin sıcaklığa bağlı olarak değiĢimi incelenmiĢ, viskoelastik ve higroskobik etkilerin termal burkulma sonuçlarına etkisi incelenmiĢtir.
Tekstil esaslı malzemelerin termal yük etkisi altındaki davranıĢı malzemenin geometrik özelliklerinden dolayı mikromekanik yapıya bağlı olarak değiĢmektedir. Bu sebeple tekstil kompozitlerinde mikromekanik yapıyı inceleme ihtiyacı doğmuĢtur.
Tekstil kompozitlerinde mikromekanik temelli yaklaĢımlar 70‟lere dayanmaktadır.
Potter tekstil malzemelerinin kayma Ģekil değiĢtirmesi üzerine mikromekanik çalıĢmalar baĢlatmıĢtır. 1980‟li yılların ortalarında mikromekanik modellerin geliĢmeye baĢlamasıyla sürekli elyaf takviyeli kompozitlerde termo-mekanik yükler
13
altında gerilme alanları tanımlandı. 80lerin sonlarında tekstil üretim teknolojilerinin geliĢimine paralel olarak dokuma kompozitlerde ilk mikromekanik modeller Chou ve arkadaĢları tarafından oluĢturulmuĢtur. 80li yıllarda dokuma kompozitlerde iki boyutta termal uzama ve termal eğilme katsayıları mikromekanik modellerle ortaya koyuldu.90‟lardan itibaren iki boyutlu ve kesitin yöne bağlı olarak değiĢmediğini kabul eden yaklaĢımların konvansiyonel kompozitlerden farklı olarak tekstil kompozitlerinde gerçek sonuçları vermekten uzak olmasından dolayı üç boyutlu birim hücre modellerine dayanan mikromekanik yaklaĢımlar geliĢtirilmiĢtir. Naik ve arkadaĢları dokuma kompozitlerin tekrarlı mesh yapısını iki boyutlu birim hücre modelleriyle ortaya koymuĢtur. Sonraki yıllarda sonlu elemanlar modelleme tekniklerinin geliĢmesiyle birim hücre modelleri hacim elemanları Ģeklinde üç boyutlu olarak sonlu elemanlar yöntemiyle modellendi. Son yıllarda dokuma kompozitlerin termomekanik davranıĢıyla ilgili çalıĢmalar ağırlıklı olarak kompozit malzemenin üretimi sırasında oluĢan etkiler üzerinde yoğunlaĢmaktadır. Dokuma teknolojisinin geliĢimine paralel olarak iki boyutlu tekstil ürünlerinin katman katman dikilmesiyle yeni nesil tekstil kompozitleri üretilmiĢtir. Bu ürünlerde üretim kolaylığının yanında yüksek katmanlar arası kayma mukavemetinin ve darbe direncinin olması aynı zamanda mekanik bağlantı elemanı olarak kullanılması avantajlı yanlarıdır. ÇalıĢmamızın kapsamını oluĢturan (NCF) iki boyutlu dikiĢli bir dokuma kompozittir. NCF kompozitleriyle ilgili çalıĢmalar 90‟lı yılların sonunda baĢlamıĢtır. NCF kompozitlerin uçaklarda kullanımıyla ilgili ilk çalıĢmalar darbe hasarı üzerinde yoğunlaĢmaktadır. 2000‟li yıllarda açılı katmanlı NCF kompozit ürünlerinin üretilmesiyle bu malzemelerle ilgili çalıĢmalar artmıĢtır. Son yıllarda NCF takviyeli nano partikül takviyeli kompozit malzeme üretimi üzerine çalıĢılmaktadır.
ÇalıĢmamızda Dokuma Karbon, NCF Karbon, Dokuma Aramid esaslı kompozitlerin termal yükler altında davranıĢı deneysel ve numerik olarak ortaya konulacaktır. AĢağıda projemizle ilgili kaynak çalıĢmalar yıllara göre sıralanmıĢtır.
Mattsson D. ve ark. (2008) NCF kompozitlerde çekme etkisi altında hasar geliĢimini, katman diziliĢ etkisini incelemiĢlerdir.
Pradeep V. ve ark. (2008) Çok katmanlı viskoelastik sandviç plakalarda titreĢim ve termal burkulma parametrelerini incelemiĢtir.
Bozkurt E. ve ark. (2007) NCF cam elyaf takviyeli epoksi/klay nano kompozitlerde mekanik ve termal davranıĢı incelemiĢlerdir.
Aydogdu M. (2007) Lamina kompozit kiriĢlerde kritik termal burkulma sıcaklıklarını ortotropik yönlerdeki termal uzama katsayılarının oranına bağlı olarak elde etmiĢ, bazı lamina kiriĢlerin soğuma sırasında bazılarınında ısınma durumunda burkulduklarını ortaya koymuĢtur.
Shariyat M., (2007) Lamina kompozit plakların termal burkulma parametrelerini malzeme özelliklerinin sıcaklığa bağlı değiĢimine bağlı olarak bulmuĢtur.
Potluri P. ve ark.2007) Dokuma kompozitlerde enjeksiyon kalıplama sırasında sıcaklık etkisiyle gözlenen tek eksenli ve iki eksenli çekme yüklerinin kompozit geometrisine etkilerini hacim eleman modelleriyle sonlu elemanlar yöntemiyle incelemiĢlerdir.
14
Anderson T.L., (2005) Kırılma mekaniğindeki geliĢmelere bağlı olarak ince filmlerde ara yüzeydeki kayma ve çekme gerilmelerinin ara yüzey ayrılmasındaki etkilerini ortaya koymuĢlardır.
Huang Z. ve ark. (2005) Ġnce filmlerde bası yükü etkisi altındaki buruĢma davranıĢını nonlineer etkileride göz önüne alarak modellemiĢlerdir.
Mattsson D. ve ark. (2005) NCF kompozitlerinde fiber demetlerindeki genleme değiĢimini incelemiĢler ortalama genleme oranlarını ortaya koymuĢlardır. Elde ettikleri genleme değerleri kompozite uygulanan genlemeden daha düĢük değerlerdedir.
Jones R.M., ve ark. (2005) higroskopik ve termal etkilerin kritik termal burkulma sıcaklıklarına etkilerini dikkate alarak bazı laminaların basit destekli özel sınır Ģartlarına bağlı olarak ısıtma yerine soğuma sırasında burkulduklarını ortaya koymuĢtur.
Matsunaga H. ve ark. (2005), açılı katmanlı lamina kompozit ve sandviç plakalardan oluĢan yapılarda termal burkulma analizi üzerine çalıĢmıĢtır.
Edgren F. ve ark. (2005) NCF kompozitler için analitik bir model geliĢtirmiĢler ve çekme yükü etkisi altında hasar durumunu incelemiĢlerdir. ÇalıĢmalarında birim hücre modellerine dayanan bir yaklaĢım geliĢtirmiĢlerdir. Ortalama çatlak açılma deplasmanını hesaplamıĢlardır.
Zhang, Y. ve ark. (2004) Fiber takviyeli lamina kompozitlerde mikro düzeyde hasar geliĢimini mikromekanik modellerle ortaya koymuĢlardır.
Andersson, B. ve ark. (2000) Cam elyaf takviyeli termoset reçine plastik esaslı kompozitlerde mikro – meso mekanik modellerle artık gerilmeleri hesaplamıĢtır.
Babu C.S. ve ark. (2000) Yüksek deformasyon teorileri kullanarak kompozit ve sandviç plakalardan üretilmiĢ malzemelerin termal burkulma davranıĢını incelemiĢlerdir.
Drapier S. ve ark. (1999) NCF kompozitlerde laminalar arası kayma mukavemeti ve bası dayanımını sonlu elemanlar yöntemi kullanarak incelemiĢlerdir.
Yaptıkları çalıĢmada bası dayanımının diğer dokuma kompozitlerden daha yüksek olduğunu bulmuĢlardır.
Lee Y.S. ve ark. (1999) Kalın lamina kompozitlerde termal burkulma parametrelerine bağlı olarak optimum dizaynı oluĢturmaya çalıĢmıĢlardır.
Mannini A.,(1997), Ritz metod kullanarak farklı sınır Ģartları için birinci mertebe teori kullanarak termal burkulma çalıĢamaları yapmıĢtır.
Bibo G.A. ve ark. (1997) NCF kompozitlerin üretim aĢamalarını, darbe mukavemeti ve darbe sonrası bası etkisi altında hasar geliĢimini incelemiĢlerdir.
Asp, L.E. ve ark. (1996) Polimer esaslı kompozitlerde mikromekanik modellerle matris tabanlı hasar geliĢimini incelemiĢlerdir.
Dasgupta A. ve ark. (1996) Dokuma kompozitlerde üç boyutlu modelleme teknikleriyle üç boyutlu birim hücreler kullanarak mikromekanik modelleme tekniğiyle termomekanik özelliklerini sonlu elemanlar yöntemiyle belirlemiĢlerdir.
15
Vu-Khanh T. ve ark. (1995) Dokuma kompozitlerde enjeksiyon üretimi sonrasında oluĢan iç yapının termal uzama özelliklerini analitik bir modelle belirlemiĢ, elde edilen sonuçları deneysel sonuçlarla karĢılaĢtırmıĢlardır.
Pan N. (1996) Dokuma kompozitlerde tek eksenli ve iki eksenli yüklerde mukavemet yaklaĢımları üzerinde durmuĢtur.
Aboudi J. (1994) Kısa elyaf takviyeli dokuma kompozitlerde matris malzemesinin inelastik davranıĢınıda içeren tekrarlı birim hücre modelini ortaya koymuĢlardır.
Karayaka M. ve ark. (1994) Dokuma kompozitlerin modellenmesinde homojenizayon tekniğini ve hacim eleman yaklaĢımını kullanmıĢlardır.
Naik N.K. ve ark. (1992) Cox yaklaĢımının devamı niteliğinde dokuma kompozitleri sıralı hücrelerden oluĢan bir yapıda modelleyen bir yaklaĢımı ortaya atmıĢlardır.
Naik N.K. ve ark. (1993), Dokuma kompozitlerde tekrarlı yapıdaki kompozit yapıyı birim hücre modeliyle iki boyutlu olarak modelleyerek malzemenin termomekanik özelliklerini ortaya koydu.
Mathew T.C. ve ark. (1992) Dik katmanlı lamina kompozitlerde termal burkulma analizi üzerine çalıĢmalar yapmıĢtır.
Huang N.N. ve ark. (1992) Farklı sınır Ģartları için sonlu elemanlar yöntemi kullanarak lamina kompozitlerde termal burkulma analizi yapmıĢlardır.
Chen W.J. ve ark. (1991) Sonlu elemanlar yöntemini kullanarak uniform olmayan sıcaklık etkisi altındaki lamina kompozitlerdeki burkulma davranıĢını incelemiĢlerdir.
Davis R.F. ve ark. (1991) Mikroelektronik aygıtlarda termal yük altında sıyrılma ve delaminasyonlar incelenmiĢtir.
Huang N.N. ve ark. (1991) Eğrisel ve düz plakalar için termal yükler altında oluĢan yüksek deformasyonları Tsai-Wu hasar kriterine bağlı olarak ortaya koymuĢladır.
Chang JS.,(1990) Ankastre sınır Ģartları için sonlu elemanlar yöntemini kullanarak yüksek deformasyon teorileri ile termal burkulma sonuçları bulmuĢtur.
Chou T. ve ark. (1989) Tekstil dokuma kompozitlerde klasik plak teorisi baz alınarak mosaic modeli ortaya koymuĢlardır.
Thangaratnam K.R. ve ark. (1989) Lamina kompozitlerde termal burkulma sonuçlarını sonlu elemanlar yöntemini kullanarak bulmuĢlardır.
Tauchert TR. , (1987) Açılı katmanlı kalın lamina kompozitlerde termal burkulma analizi yapmıĢtır. ÇalıĢmada enine yöndeki kayma deformasyonlarını dikkate almıĢtır.
Griffis C.A. ve ark. (1986), Kompozit yapıların mukavemet özelliklerinin anlık ısı ve mekanik yük etkisi altında değiĢimini maksimum gerilme kriterine bağlı olarak bulmuĢlar elde edilen sonuçları deneylerle karĢılaĢtırmıĢlardır.
16
Mikata Y. ve ark. (1985) Sürekli elyaf takviyeli kompozitlerde Cox modeli baz alınarak termo mekanik yükler altında gerilme alanı üzerine çalıĢmalar yapıldı.
Bednarczyk H. ve ark. (1985) Sıcaklık dağılımının plakalardaki burkulma moduna etkisini incelemiĢlerdir.
Ishikawa T.vd.(1983) Dokuma kompozitlerde termal uzama ve termal eğilme katasayılarını bir boyutlu ve iki boyutlu mikromekanik modellerle ortaya koydular.
Hyer M.W., ( 1981) Simetrik olmayan Lamina Kompozitlerde sıcaklığa bağlı olarak Ģekil değitirme davranıĢını incelemiĢlerdir.
Reddy J.N. ve ark. (1981) Lamina kalın kompozitlerde kayma deformasyonu etkisi altında yüksek deformasyonları Von Karman teorisine göre dikkate alarak ortaya koymuĢtur.
HSU, Y.S. ve ark. (1981), Lamina kompozit kabuk yapıların termal Ģekil değiĢtirme davranıĢını kesin çözüm ve sonlu elemanlar yöntemiyle bulmuĢlardır.
Reddy J.N. ve ark. (1980), Basit destekli lamina kompozit plaklarda birinci mertebe kayma deformasyon etkisi kullanarak termal düĢey yerdeğiĢtirmeleri ve termal gerilmeleri kesin çözümle elde etmiĢler bulunan sonuçları sonlu elemanlar yöntemiyle karĢılaĢtırmıĢlardır.
Pagano N.J. (1978) Kompozit laminalarda birinci mertebe teorisi kapsamında enine yöndeki Ģekil değiĢimlerine bağlı olarak enine yönde gerilme alanı tanımlamıĢtır.
Whitney J.M. (1972) Kalın lamina kompozitlerde laminalar arası kayma davranıĢını klasik plak teorisine ek olarak birinci mertebe teorisiyle ortaya koymuĢtur.
Schapery RA.,(1968), Ġzotropik kompozitlerin termoelastik özelliklerini enerji ifadelerinden yola çıkarak çözmüĢtür.
Charmis C.C. ve ark. (1968) Tek eksenli sürekli elyaf kompozitlerde thermal uzama katsayılarının değiĢimini istatistiksel çalıĢmalarla ortaya koymuĢlardır.
Gossard ML. vd. (1952) Plakalarda termal burkulma davranıĢını incelemiĢlerdir.
17